Đặc tuyến của transistor - Tài liệu giảng dạy học- 123docz.net

NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Khi xét đặc tính đóng ngắt của transistor ta quan tâm đến quan hệ giữa dòng điện IC và điện áp UCE khi IB không đổi.

Đường biểu diễn quan hệ này có dạng như các đường cong 1, 2, 3 trên đồ thị. Đường biểu diễn quan hệ này là đường thẳng ΔC trên đồ thị. Điểm cắt của ΔC

với các đường 1, 2, 3,

Từ đồ thị ta thấy rằng khi IB càng tăng thì điểm làm việc càng đến gần điểm uốn của các đường cong 1, 2, 3…

UCEbh UCEO ECC UCE

IB = 0 IB = IBO IB = IBbh IC ICmax ICbh M 1 2 3 Δc K

Điểm cắt K của đường ΔC với đường cong 1 tương ứng với IB = 0 được gọi là

điểm khóa. Cịn điểm cắt M của ΔC với đường cong 3 tương ứng với IB = IBbh được gọi là điểm mở bảo hịa.

Khi transistor làm việc ở điểm khóa K thì IB = 0 và IC gần = 0, ta nói transistor khóa, cịn khi transistor làm việc ở điểm mở bão hòa M

2.3.Thyristor.

Thyristor còn được gọi là SCR (Silicon Controlled Rectifier : Bộ chỉnh lưu có điều khiển làm bằng silic) hay cịn được gọi là diode bán dẫn có điều khiển. SCR gồm có 4 lớp bán dẫn khác loại ghép liên tiếp với nhau, hình thành nên 3 tiếp giáp PN bên trong. Ba lớp bán dẫn này được nối ra ngoài với các dây kim loại tạo thành 3 điện cực. Trong đó:

A: Anode – cực dương K: Cathode – cực âm

G: Gate – cực cổng (điều khiển)

Hình 19: Mơ tả ký hiệu SCR

* NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý mạch phân cực SCR

*Trường hợp phân cực thuận:

Khi VCC < VBO thì SCR chưa dẫn nên VAK của SCR tăng theo VCC , còn dòng IA rất nhỏ.

Khi VCC đạt đến giá trị VBO thì VAK = VBO làm cho SCR dẫn điện, điện áp VAK giảm nhanh về V đồng thời dòng IA tăng nhanh khỏi giá trị IH.

Nếu dịng điện kích càng tăng IG2 > IG1 thì điện áp nguồn VAK làm SCR dẫn điện càng giảm, hay SCR dễ dẫn điện hơn.

Khi SCR đang dẫn nếu ngắt bỏ dòng IG, SCR sẽ tiếp tục dẫn (với dòng tải IA > dịng duy trì IH (Holding current)).

*Trường hợp phân cực ngược:

2.4.Triac – Diac. *DIAC:

DIAC – Diode AC Semiconductor Switch – gọi là công tắc bán dẫn xoay chiều 2 cực được cấu tạo tương tự như TRIAC nhưng khơng có cực điều kiển G. Các cực của DIAC gọi là MT2 và MT1 và khơng có sự khác biệt giữa chúng.

Hình 22: Mơ tả cấu tạo Diac

Hình 24: Đặc tuyến V- A của diac

*NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Khi giá trị VCC chưa đủ lớn (VCC < VBO ) thì DIAC khơng dẫn, dịng điện qua DIAC là dịng điện rò rất nhỏ

Khi tăng điện áp VCC tới giá trị đủ lớn (VCC = VBO) sẽ làm cho DIAC dẫn điện nên dòng điện qua DIAC tăng rất nhanh và điện áp VT2-T1 giảm nhỏ.

VBO được gọi là điện áp “ngập” của DIAC hay còn gọi là điện áp mở DIAC Tương tự như TRIAC, DIAC dẫn điện theo hai chiều nhưng khác ở chỗ là DIAC khơng cần kích điều khiển.

*TRIAC:

TRIAC – Triode AC Semiconductor Switch – gọi là công tắc bán dẫn xoay chiều 3 cực, được cấu tạo tương tự như SCR nhưng dẫn theo hai chiều.

Hình 25: Mơ tả cấu tạo triac

Hình 27: Đặc tuyến V- A của triac

*NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Vì TRIAC tương đương 2 SCR khác loại mắc song song ngược chiều nên khi xét hoạt động của TRIAC ta xét trên hoạt động của 2 SCR.

Phân cực thuận MT2 - MT1 :

Khi cực MT2 có điện áp (+) và cực G được kích xung (+) thì triac dẫn điện theo chiều từ MT2→MT1

Phân cực ngược MT2 - MT1:

Khi cực MT2 có điện áp (-) và cực G được kích xung (-) thì triac dẫn điện theo chiều từ MT1→MT2

Khi sử dụng TRIAC trong nguồn AC thì ở bán kỳ (+) thì cực G được kích xung (+), ở bán kỳ (-) thì cực G được kích xung (-). Như vậy, phải sử dụng xung kích trong cả 2 bán kỳ để TRIAC dẫn điện cả 2 chiều.

2.5.Mạch ứng dụng linh kiện điện tử cơng suất

*Mạch báo động dùng SCR

Sử dụng SCR với nguồn DC làm mạch báo động khi có kẻ lạ đột nhập vào nhà.

Hình 28: Mạch báo động.

S là nút ấn báo động khẩn cấp khi phát hiện kẻ lạ. K là công tắc tự động để phát hiện kẻ lạ. Cũng có thể là tiếp điểm loại nhỏ (micro contact) dùng phát hiện quá nhiệt độ, áp suất, …

Bình thường các tiếp điểm đều hở mạch nên SCR tắt, cịi khơng kêu. Khi có sự cố, một trong các tiếp điểm sẽ đóng lại cấp dịng kích chân G làm SCR dẫn điện và còi hú báo động.

SCR K Alarm S R + VCC

*Mạch tự động tắt mở đèn dùng triac

Khi trời sáng, quang trở R1 có giá trị nhỏ (dòng điện qua R1 lớn) nên dòng điện nạp cho tụ C nhỏ. Điện áp trên tụ C không đủ cho DIAC dẫn, khơng có dịng kích TRIAC, đèn tắt.

Nếu trời tối, quang trở R1 sẽ có giá trị lớn (dịng điện qua R1 nhỏ) nên dòng nạp cho tụ C lớn. Khi tụ C nạp tới giá trị điện áp đủ lớn bằng điện thế “ngập” VB0 sẽ làm DIAC dẫn, tạo dịng điện kích IG nên TRIAC dẫn, đèn sáng.

Tùy vào giá trị thay đổi theo ánh sáng của R1 và giá trị điện trở R2 mà dòng điện nạp qua tụ C sẽ khác nhau, làm cho đèn sẽ tắt mở theo nhiều độ sáng tối khác nhau. Hình 29: Mạch tự động đóng mở đèn. + - VS Đèn R2 + C R1

*BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 2:

1.Giải thích nguyên lý hoạt động của diode?

2.Vẽ hình cấu tạo, ký hiệu và mơ hình tương đương của diode? 3.Vẽ đặc tuyến V-A của diode ?

4.Nêu một số ứng dụng của diode?

5.Nêu các thông số của diode D3001N, 1N4007? 6.Giải thích nguyên lý hoạt động của BJT?

7.Vẽ hình cấu tạo, ký hiệu và mơ hình tương đương của BJT? 8.Nêu các thông số của transistor 2SA1015, H1061?

9.Giải thích nguyên lý hoạt động của SCR? Vẽ đặc tuyến V-A của diode ? 10.Vẽ hình cấu tạo, ký hiệu và mơ hình tương đương của SCR?

11.Giải thích nguyên lý hoạt động của diac?

12.Vẽ hình cấu tạo, ký hiệu và mơ hình tương đương của diac? 13.Vẽ đặc tuyến V-A của diac ?

14.Giải thích ngun lý hoạt động của triac?

15Vẽ hình cấu tạo, ký hiệu và mơ hình tương đương của triac? 16.Vẽ đặc tuyến V-A của triac ?

17.Nêu một số ứng dụng của triac?

18.Giải thích nguyên lý hoạt động của các mạch sau:

38 R1 100k D 220V-75W Cds VR2 100k 40% VR1 50k 40% R2 1k C 104 Diac BTA06 220 Vac b. Mạch điều chỉnh độ sáng đèn dùng SCR: +V V1 5V DC Den DC + C1 10uF SCR BT151 R5 100 D3 R4 5,6k Q2 C1815 Q1 C1815 D2 DIODE R3 2,2k VR 100k 40% R2 5,6k D1 R1 22k c. Mạch tự động ngắt phụ tải dùng SCR:

*BÀI TẬP THỰC HÀNH CHƯƠNG 2:

1.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

Motor S2 S1 D1 D2 Q3 H1061 Q2 H1061 Q1 H1061 Q4 H1061 R6 10k R5 10k R3 10k R2 4,7k R1 4,7k R4 10k +V 12VDC

Hình 30: Mạch đảo chiều quay động cơ

Kết quả khảo sát: ................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................

2.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

D 220V-75W D1 DIODE D2 DIODE VR 100k 40% R2 56k R3 3,3k R1 3,3k BT151 SCR 2 BT151 SCR 1 Hình 31: Mạch điều chỉnh độ sáng đèn Kết quả khảo sát: ................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................

3.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

D 220V-75W C2 473 VR 500k 40% R2 56k BTA06 220 Vac Diac C1 223 R1 1k Hình 32: Mạch điều chỉnh độ sáng đèn Kết quả khảo sát: ................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................

4.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

Hình 33: Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ Kết quả khảo sát: ................................................................................................................. Kết quả khảo sát: ................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................

CHƯƠNG 3: MẠCH CHỈNH LƯU

3.1.Chỉnh lưu 1 pha:

3.1.1. Chỉnh lưu 1 pha khơng điều khiển *Bán kỳ:

Hình 34: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 1 pha bán kỳ

Ở bán kỳ dương, giả sử điểm a (+), điểm b (-): diode được phân cực thuận, dòng điện đi từ a qua diode qua Rt sang b.

Ở bán kỳ âm, điểm a (-), điểm b (+): diode phân cực ngược và không dẫn điện. Kết quả ta có mạch chỉnh lưu 1 bán kỳ dương (muốn có mạch chỉnh lưu bán kỳ âm, ta đảo chiều diode)

Hình 35: Sơ đồ ngun lý mạch chỉnh lưu 1 pha tịan kỳ hình cầu

+Khi ở điểm a có điện thế dương, ở điểm b có điện thế âm D1 và D3 phân cực thuận dẫn điện, D2 và D4 phân cực ngược khơng dẫn, dịng điện đi từ a qua D1 qua RT qua D3 trở về b.

+Khi ở điểm a có điện thế âm, ở điểm b có điện thế dương D2 và D4 phân cực thuận dẫn điện, D1 và D3 phân cực ngược khơng dẫn, dịng điện đi từ b qua D2 qua RT qua D4 về a.

+Như vậy sau khi chỉnh lưu xong ta được điện áp ngõ ra là những bán kỳ dương liên tục.

3.1.2. Chỉnh lưu 1 pha cĩ điều khiển

Hình 36: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 1 pha bán kỳ

α = 0

Hình 37: Dạng sóng mạch chỉnh lưu 1 pha bán kỳ

Hình 38: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 1 pha tồn kỳ

α = 0

Hình 39: Dạng sóng mạch chỉnh lưu 1 pha tồn kỳ

3.2.Chỉnh lưu 3 pha:

3.2.1. Chỉnh lưu 3 pha khơng điều khiển:

Hình 40: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 3 pha bán kỳ hình tia

Ở mỗi thời điểm, điện áp pha nào dương lớn nhất thì diode của pha đó sẽ phân cực thuận dẫn, 2 diode cịn lại phân cực ngược khơng dẫn.

Tại các giao điểm của hình sin sẽ là điểm chuyển mạch, diode trước ngưng dẫn và diode sau bắt đầu dẫn, theo thứ tự: D3  D1  D2  D3 ...

Như vậy, diode 1 trong 3 pha sẽ dẫn ứng với 1 khoảng thời gian 1200 (hay 1/3 chu kỳ) khi điện áp pha đó lớn hơn điện áp 2 pha kia, tạo thành mạch chỉnh lưu 3 pha bán kỳ.

Hình 41: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 3 pha tồn kỳ hình cầu

Các diode chỉnh lưu chia làm 2 nhóm: nhóm (+) gồm D1, D2, D3 và nhóm (-) gồm D4, D5, D6.

Với nhóm (+) gồm D1, D2, D3: Ở mỗi thời điểm, điện áp pha nào dương nhất thì diode của pha đó sẽ phân cực thuận dẫn, 2 diode còn lại phân cực ngược khơng dẫn.

Tại các giao điểm của hình sin sẽ là điểm chuyển mạch, diode trước ngưng dẫn và diode sau bắt đầu dẫn, theo thứ tự: D5  D6  D4  D5 ...

Với nhóm (-) gồm D4, D5, D6: Ở mỗi thời điểm, điện áp pha nào âm nhất thì diode của pha đó sẽ phân cực thuận dẫn, 2 diode còn lại phân cực ngược không dẫn.

Tại các giao điểm của hình sin sẽ là điểm chuyển mạch, diode trước ngưng dẫn và diode sau bắt đầu dẫn, theo thứ tự: D3  D1  D2  D3 ...

3.2.2. Chỉnh lưu 3 pha cĩ điều khiển

Hình 42: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 3 pha bán kỳ hình tia

*Tồn kỳ:

Hình 44: Dạng sóng vào ra mạch chỉnh lưu 3 pha bán kỳ có điều khiển

* BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 3:

1. Vẽ dạng sóng ngõ ra mạch chỉnh lưu bán kỳ 1 pha có điều khiển với các góc kích 300, 450, 600, 900, 1200, 1350.

2. Vẽ dạng sóng ngõ ra mạch chỉnh lưu tồn kỳ 1 pha hình cầu có điều khiển tồn phần với các góc kích 300, 450, 600, 900, 1200, 1350.

3. Cho mạch chỉnh lưu 1 pha hình tia theo sơ đồ mạch sau:

a. Vẽ dạng sóng điện áp ngõ vào/ngõ ra?

b. Điện áp của nguồn thứ cấp có dạng: ua = 24 2sin100t (V); ub = - 24 2

sin100t (V). Cho biết RT = 1K. Tính điện áp pha hiệu dụng ngõ vào của mạch chỉnh lưu, điện áp trung bình trên tải và giá trị trung bình của dịng tải?

4. Cho mạch chỉnh lưu 1 pha hình tia theo sơ đồ mạch sau:

RT + _ Vt D1 D2 ~Va ~Vb 0 a b ~V1 I

a. Vẽ dạng sóng điện áp ngõ vào/ngõ ra?

b. Điện áp của nguồn thứ cấp có dạng: ua = 12 2sin100t (V). Cho biết RT = 2K. Tính điện áp pha hiệu dụng ngõ vào của mạch chỉnh lưu, điện áp trung bình trên tải và giá trị trung bình của dịng tải?

5. Cho mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia theo sơ đồ mạch sau:

a. Vẽ dạng sóng điện áp ngõ vào/ngõ ra?

b. Điện áp của nguồn thứ cấp có dạng: uA = 18 2sin100t (V); uB = 18 2sin(100t -2/3)(V); uC = 18 2sin(100t -4/3) (V). Cho biết RT = 1K. Tính điện áp pha hiệu dụng ngõ vào của mạch chỉnh lưu, điện áp trung bình trên tải và giá trị trung bình của dịng tải?

*BÀI TẬP THỰC HÀNH CHƯƠNG 3:

1.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

Hình 46: Mach chỉnh lưu 1 pha tồn kỳ hình tia

..............................................................................................................................................

2.Giải thích nguyên ly hoạt động, lắp ráp và khảo sát mạch sau:

Hình 47: Mach chỉnh lưu 1 pha tồn kỳ hình cầu

3. Vẽ mô phỏng và khảo sát mạch sau:

Hình 48: Mach chỉnh lưu 3 pha tồn kỳ hình cầu

4. Vẽ mô phỏng và khảo sát mạch sau:

Hình 49: Mach chỉnh lưu 1 pha bán kỳ

5. Vẽ mô phỏng và khảo sát mạch sau:

Hình 50: Mach chỉnh lưu 1 pha tồn kỳ hình cầu

CHƯƠNG 4: BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN

4.1.Bộ chuyển đổi nguồn DC-AC (Inverter)

Trong sản xuất công nghiệp, để tạo ra nguồn một chiều cấp cho các phụ tải DC như động cơ một chiều, các loại Relay DC, người ta dùng các mạch chỉnh lưu bằng diode hay SCR để biến đổi từ nguồn xoay chiều ra một chiều. Trong các mạch chỉnh lưu dùng SCR thì ta có thể thay đổi trị số điện áp DC trung bình ở ngõ ra bằng cách thay đổi góc kích ở cực G của SCR.

Đối với động cơ xoay chiều 3 pha, để có thể thay đổi tốc độ phẳng tuyến tính trong phạm vi rộng, cần nguồn xoay chiều có thể thay đổi được tần số, người ta dùng hệ thống biến tần.

Hệ thống biến tần là hệ thống biến đổi từ nguồn xoay chiều cơng nghiệp có tần số là f1 (thường là 50Hz) sang tần số khác thay đổi được là f2

Hệ thống biến tần được chia làm 2 loại: Biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp.

Hệ thống biến tần trực tiếp hiện khơng cịn sử dụng vì mạch điện phức tạp, cồng kềnh và giá thành cao.

Hệ thống biến tần gián tiếp gồm 3 thành phần chính là:

- Mạch chỉnh lưu : đổi nguồn xoay chiều ra nguồn một chiều.

- Mạch trung gian: giữ cho điện áp ra của mạch chỉnh lưu là hằng số hay giữ cho dòng điện ra của mạch chỉnh lưu là hằng số.

- Mạch nghịch chuyển (Inverter): đổi từ nguồn một chiều ra nguồn xoay chiều có điện áp và tần số thay đổi được.

- Hệ thống biến tần một pha để cấp nguồn cho các động cơ xoay chiều một pha.